Diseño de Estructura Hidráulica y Cálculo de Estabilidad Geotécnica en Santiago de Chuco: Aplicación de los Métodos de Bishop y Morgenstern

Diseño de Presa de Tierra y Cálculo de la Estabilidad Geotécnica en Santiago de Chuco

Aplicación de los Mecanismos de Falla Circular de Bishop y Cuña de Morgenstern

Introducción y Contexto del Proyecto

Planteamiento del Problema

La pérdida y el uso ineficiente del agua se deben a la inexistencia de obras hidráulicas adecuadas. En la zona, los canales existentes presentan serios problemas de filtración. La corta época de lluvias limita significativamente la sostenibilidad económica de los agricultores.

Enunciado del Problema

¿Cuáles son las características óptimas en el diseño de una presa de tierra que cumpla con las condiciones de estabilidad e impermeabilidad requeridas para la zona de Santiago de Chuco?

Objetivos del Proyecto

Objetivo General

Realizar el diseño de una presa de tierra y calcular su estabilidad aplicando los métodos de los mecanismos de falla circular de Bishop y cuña de Morgenstern.

Objetivos Específicos

• Recolectar los datos topográficos necesarios para la ingeniería del proyecto.
• Analizar la demanda hídrica de la zona de riego y determinar el volumen óptimo del embalse.
• Pre-dimensionar el diseño hidráulico de la estructura.
• Calcular la estabilidad geotécnica de la presa utilizando los métodos seleccionados.
• Calcular el factor de permeabilidad del suelo y del núcleo impermeable.

Marco Justificativo y Limitaciones

Justificación

El presente estudio servirá de referencia técnica para la elaboración de próximos expedientes y como ejemplo práctico para una posible ejecución del proyecto de infraestructura hidráulica.

Limitaciones

No se cuenta con los recursos necesarios para realizar estudios topográficos, de mecánica de suelos e hidrografía por cuenta propia, dependiendo de la recopilación de informes técnicos existentes.

Marco Referencial

Antecedentes

Antecedente Internacional

“Análisis y ajuste del parámetro para el diseño preliminar y de morros de diques en talud convencionales.”

Antecedente Nacional

“Manual de Diseño y Construcción de Pequeñas Presas.”

Autor: Ministerio de Vivienda, Ordenamiento Territorial y Medio Ambiente.

Bases Teóricas

Estabilidad de Presas

El análisis de estabilidad se efectúa considerando superficies de deslizamiento potenciales, buscando garantizar un factor de seguridad adecuado contra la falla.

Método de las Rebanadas

La masa del suelo situada por encima de la superficie de falla se divide en rebanadas verticales para facilitar su análisis y el cálculo de fuerzas resistentes y deslizantes.

Método de Fellenius

Se asume que, para cada rebanada, la resultante de las fuerzas entre rebanadas es cero, simplificando el cálculo del factor de seguridad.

Definiciones de Términos Clave

• Torrente: Curso de agua que presenta un flujo supercrítico con gran velocidad y turbulencia.
• Socavación: Remoción de materiales del lecho de un cauce debido a la acción erosiva del agua.
• Avulsión: Drenaje acelerado del agua, a menudo asociado a cambios repentinos en el cauce.
• Cauce Estable: Cauce que no sufre erosión significativa del lecho ni de los taludes laterales.

Hipótesis y Variables

Hipótesis

Con las dimensiones de la presa diseñada, se logrará embalsar el caudal necesario para irrigar las 170 hectáreas de cultivo, cumpliendo rigurosamente con los estándares técnicos de diseño de presas presentes en el “Manual de Diseño y Construcción de Pequeñas Presas”.

Variables

Variables Dependientes (Dimensiones de la Presa)

• Corona (m)
• Revestimiento de la corona (m)
• Talud (m)
• Volumen del Embalse (Q)
• Filtros de roca (m)
• Núcleo impermeable (m)
• Borde Libre (m)

Variables Independientes (Parámetros de Diseño)

• Caudal (m³)
• Topografía (m²)
• Características del suelo (tipología SUCS)
• Estabilidad (Factor de Seguridad)
• Factor de permeabilidad

Metodología y Herramientas

Técnicas de Recolección de Datos

• Recopilación del estudio topográfico existente.
• Recopilación del estudio de mecánica de suelos (incluyendo análisis granulométrico y clasificación SUCS).
• Realización de aforo de la quebrada (si es posible).

Instrumentos de Recolección de Datos

• Estudio topográfico recolectado del informe técnico.

Técnicas de Procesamiento de Datos

• Análisis topográfico mediante CivilCAD.
• Análisis de estabilidad geotécnica mediante GeoSlope.
• Análisis hidrológico mediante los programas HEC-HMS e Hidroesta.
• Procesamiento de datos numéricos y estadísticos por Excel.

Instrumentos de Procesamiento de Datos (Software)

• ArcGIS
• Excel
• Iber
• CivilCAD
• HEC-RAS